DE102020001014A1

DE102020001014A1 - Detektion von Kunststoffen als Fremdsubstanzen in Lebensmitteln unter Verwendung der Fluoreszenzabklingzeit, insbesondere die Detektion von Fremdstoffen in Fleischprodukten

Info

Publication number: DE102020001014A1
Application number: DE102020001014.8A
Authority: DE
Inventors: Heinz Langhals; Martin Versen; Maximilian Wohlschläger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-19
Also published as: EP4103931A1; WO2021160309A1

Abstract

Ein Verfahren zur Detektion von Kontaminationen in Fleischprodukten durch Kunststoffe über die Fluoreszenzabklingzeit der Autofluoreszenz wird beschrieben. Die Fluoreszenzabklingzeit der Autofluoreszenz von Fleisch liegt bei etwa 2 ns, während die der relevanten, untersuchten Kunststoffe erheblich höher ist. Dadurch ist es nicht nur möglich, mit Hilfe einer globalen Detektion eine Kontamination festzustellen und den kontaminierenden Kunststoff zu identifizieren, sondern darüber hinaus den Kunststoff über eine zweidimensionale Darstellung zu lokalisieren. Das Verfahren ermöglicht daher eine verbesserte Qualitätskontrolle von Lebensmitteln.

Description

Einleitung
Die Entwicklung von Kunststoffen hat ganz wesentlich zur allgemeinen Hygiene von Lebensmitteln beigetragen, insbesondre durch Kunststoff-Einweg-Verpackungen, die sich zudem grundsätzlich effizient recyclen lassen - hierfür ist die erforderliche Technologie entwickelt, und man kann damit rechnen, dass sie künftig in größerem Umfang eingesetzt wird. Darüber hinaus werden Kunststoffe wegen ihres geringen Gewichts und der effizienten Formbarkeit und des teilweise günstigen Schmierverhaltens bei bewegten Maschineteilen auch in der Lebensmittelverarbeitung selbst eingesetzt, und auch beim Transport der Rohmaterialien. Den großen Vorteilen der Materialien steht gegenüber, dass sie ungewollt in die Lebensmittel, insbesondere in Fleischprodukte gelangen können und dann dort Verunreinigungen darstellen. Werden diese im Zuge von Verarbeitungsprozessen zerkleinert, sind sie kaum noch von den Fleischprodukten zu unterscheiden. Organische Polymere sind zwar im Allgemeinen gesundheitlich nicht bedenklich, eine Kontamination von Lebensmitteln mit künstlichen Polymermaterialien ist aber grundsätzlich unerwünscht. Eine solche Kontamination kann natürlich auch mit anorganischen Materialien erfolgen, wie abgebrochene oder abgetragene Maschinenteile; ferromagnetische Fremdstoffe wie Eisen und Stahl werden dabei routinemäßig mit Hilfe starker Permanentmagnete entfernt, die bei genügender Stärke grundsätzlich auch paramagnetische Fremdstoffe erfassen können. Anorganische Materialien wie Glas und Porzellan unterscheiden sich von den Lebensmitteln wenigstens noch durch ihre höhere Dichte und auch beispielsweise in ihren Schwingungsspektren. Bei organischen Kunststoffen sind solche Möglichkeiten stark eingeschränkt, weil etwa die Proteine der Fleischprodukte in den Lebensmitteln als Makromoleküle den Kunststoffen viel ähnlicher sind. Eine Methode, mit der sich Kunststoffe insbesondere in Fleischprodukten effizient detektieren lassen, brächte einen erheblichen Fortschritt. Die Dringlichkeit wird beispielsweise bereits durch die Tagespresse deutlich (siehe z.B. Katrin Zinkant, ‚Zu wenig Kontrolleure. Foodwatch bemängelt Lebensmittelüberwachung‘, Süddeutsche Zeitung Nr. 287, Seite 16 vom 12.12.2019)
Stand der Technik
Einer visuelle Kontrolle von Lebensmitteln kommt zur Zeit eine ausgesprochen große Bedeutung zu; hierbei stellt allerdings das begrenze Erkennungs-Vermögen des menschlichen Auges eine Einschränkung dar, und eine Ermüdung in eintönigen Produktionsprozessen bildet darüber hinaus einen Unsicherheitsfaktor. Größere KunststoffTeile versucht man durch Aussieben zu entfernen - nach dem starken Zerkleinern der Lebensmittel ist dies allerdings nicht mehr praktikabel.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der vorliegen Erfindung war es, eine einfache und sichere Detektionsmethode für Fremd-Kunststoffe in Lebensmittel zu entwickeln, insbesondere in zerkleinertem Fleisch, wie dieses beispielsweise für die Produktion von Salami eingesetzt wird.
Beschreibung
Optische Detektionsmethoden sind in der Technik besonders attraktiv, weil sie unproblematisch, zuverlässig und ausgesprochen schnell sind. Fleischprodukte, wie sie bei der Herstellung von Salami Verwendung finden, weisen aber eine starke Eigenfarbe auf, die beispielsweise Lichtabsorptions-Verfahren zu Detektion erheblich behindern; hier stört auch die optisch inhomogene Struktur, die einfache Absorptionsmessungen stark behindert. Auch die Verwendung von integrierenden Kugeln (Ulbricht-Kugeln) schafft hier nur wenig Abhilfe, weil die starke Eigenfarbe bestehen bleibt. Überraschenderweise weisen Fleischprodukte eine starke und charakteristische Eigenfluoreszenz (Autofluoreszenz) auf. Im Folgenden werden hier schwerpunktmäßig die Methoden am Beispiel von Salami aus Schweine- und Rindfleisch als typischem zerkleinertem Endprodukt dargelegt, das vielfach in Kunststoff-Verpackungen auf den Markt kommt. Salami weist neben seiner Strukturierung durch die Fett-Anteile die typische rote Eigenfarbe dominierend auf, die teilweise durch den Zusatz von Lebensmittelfarbstoffe verstärkt wird, insbesondere auch unter Verwendung von natürlichem Cochenille (Karminsäure CAS-Registriernummer RN 1260-17-9). Eine Charakterisierung durch Absorptionsmessungen 11 wird dadurch erheblich erschwert. Wesentlich günstiger ist demgegenüber die Verwendung der Fluoreszenz, bei der die fluoreszierenden Chomophore selektiert werden und anderweitige Färbungen höchstens zur Abschwächung der Fluoreszenzintensität führen können.
Die überraschende Fluoreszenz 12 von Salami ist in 1 dargestellt. Man erkennt, dass sich der Hauptteil der Fluoreszenz über den unsichtbaren UV-Bereich erstreckt, mit einem schwächeren Ausläufer in den sichtbaren Bereich, der bei einer Beleuchtung mit einer starken Fluoreszenzlampe zu einem schwach bläulichen Farbton führt. Das dazugehörende Fluoreszenzanregungsspektrum vermittelt einen Eindruck über die Lichtabsorption von relevanten Chromophoren für die Fluoreszenz.
Die Fluoreszenzabklingzeit einer solchen Autofluoreszenz, deren Zeitkonstante mit hoher Präzision gemessen werden kann, ist erstaunlich charakteristisch für das Lebensmittelprodukt - hier die Salami - und ist deshalb für deren Identifizierung grundsätzlich von Interesse.
Zunächst ist es für solche Messungen naheliegend, - wie auch sonst bei Fluoreszenzmessungen üblich - in das Absorptionsmaximum oder leicht kürzerwellig einzustrahlen; das würde hier eine Fluoreszenzanregung im UV-Bereich unterhalb von 300 nm bedeuten - biologische Probe absorbieren allerdings in diesem Spektralbereich sehr stark, und damit kann das Anregungslicht nicht tief in die Proben eindringen. Wir sind daher einen anderen Weg gegangen, indem wir zum Erreichen einer möglichst großen Eindringtiefe langwellig eingestrahlt haben. Bei 488 nm steht eine effiziente LASER-Emissionslinie zur Verfügung, mit deren Fluoreszenzanregung wir eine erstaunlich intensitätsstarke Fluoreszenz erhalten haben. Alle weiteren Einzelheiten beziehen sich auf eine Fluoreszenzanregung bei dieser Wellenlänge; grundsätzlich können auch andere Wellenlängen verwendet werden.
Kunststoffe treten in verarbeiteten Lebensmitteln nicht nur durch Verpackungen, Transportbehälter und defekte Maschinenteile in Erscheinung, sondern auch durch den Eintrag als Mikroplastik in die Umwelt. Mikroplastik hat dort die Nahrungsmittelkette erreicht. Aus diesem Grund wurde mit den Kunststoffen Polyamid, Polyethylenterephthalat und Polyvinylchlorid erste Untersuchungen auf einer Putensalamischeibe durchgeführt. Bei den Untersuchungen wurden drei verschiedene Salamiarten verwendet. Es wurden Kunststoff-Flakes aus PA, PET und PVC von Folien auf der Salami platziert (1-2 mm groß und mit bloßem Auge sehr schlecht bis gar nicht von Fett etc. zu unterscheiden).
Bei der ersten handelt es sich um eine Putensalami. Man findet bei hoher zeitlicher Auflösung zwei ähnliche Fluoreszenzabklingzeiten, die statistisch um die Maximalwerte τ₁ und τ₂ streuen und in überraschend guter Näherung mit den Gaußkurven 21 und 22 (n = n_o · · exp(-(t-τ)²/(2σ²)) beschrieben werden können (τ₁ = 2.004 ns, σ₁ = 0.061 ns, n_o1 = 36450; τ₂ = 2.253 ns, σ₂ = 0.084 ns, n_o2 = 50025); siehe 2. Bei kleinerer Auflösung (0.01 ns) verschmelzen die beiden Gaußkurven zu einer. Aus ökonomischen Gründen sind alle weiteren Untersuchungen mit der kleineren Auflösung vorgenommen worden, die für alle Fragestellungen und Anwendungen völlig ausreichend ist. Man findet dann eine globale Zeitkonstante von 2.27 ns.
Die zweite war eine Bio-Rindersalami 31, bei welcher eine Fluoreszenzabklinzeit von τ₁ = 2.60 ns, (σ₁ = 0.09 ns; n_o1 = 34100) festgestellt wurde; siehe 3. Als drittes wurde eine Schweinesalami 41 untersucht, bei welcher eine Abklingzeit von τ_l = 2.33 ns, (σ₁ = 0.093 ns; n_o1 = 34100) gemessen wurde; siehe 4. Es ist also festzustellen, dass die Fluoreszenzabklingzeit vom Anteil des roten Farbstoffes im Fleisch Auswirkung auf die Fluoreszenzabklingzeit hat, da die Putensalami leicht rosa, die Schweinesalami rot und Bio-Rindersalami dunkelrot war. Festgestellt werden kann dies auch über den Zusammenhang der Fluoreszenzabklinzeit und der Bestrahlungszeit, welche ein ausbleichen des Farbstoffes hervorruft. Dies haben Untersuchungen an der Putensalami gezeigt. Die Komponente mit der längeren Fluoreszenzabklingzeit bleicht leichter aus als die Komponente mit der kürzeren. Abhängig von der Dosis an verwendeter Lichtstrahlung kommt es durch die Mittelung zu einer Verschiebung der globalen Abklingzeit zu kleineren Werten; dies ist in 5 dargestellt. Das Bleichverhalten kann erstaunlich präzise mit einer Funktion erster Ordnung dargestellt werde, wie die Linearisierung im Einschub von 5 belegt. Für die unten angegebenen Anwendungen ist dies unerheblich, weil eine einmalige Bestrahlungsdosis für eine Zuordnung des Fluoreszenzabklingverhaltens völlig ausreichend ist. Da fast alle Lebensmittel bei intensiver Sonnenbestrahlung Qualitätseinbußen erleiden, kann die Verkürzung der Fluoreszenzabklingzeit als Maß für eine Lichteinwirkung verwendet werden und damit zur Qualitätsbeurteilung.
Wegen der Inhomogenität von Salami-Proben würde eine punktuelle Messung der Fluoreszenzabklingzeit zufällig Salami-Material oder verunreinigenden Kunststoff erfassen und wäre für die Reinheits-Kontrolle von Lebensmitteln wenig praktikabel. Proben, insbesondere Salamischeiben, sind daher in der Fläche integrierend untersucht worden. Die Autofluoreszenz der Putensalami wurde als Basis für die Untersuchungen von Kontaminationen mit den Kunststoffen Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyvinylchlorid (PVC) verwendet.
Als erstes haben wir haben eine mit Polyamid verunreinigte Probe als Ausführungsbeispiel zweidimensional (Salamischeiben in der Fläche) untersucht. Überraschenderweise haben wir dabei aus den einzelnen lokalen Anteilen eine Verteilung von Fluoreszenzabklingzeit-Konstanten erhalten, die präzise von Gaußfunktionen beschrieben werden kann; siehe 6. (Die genaue Berechnung der Zeitkonstante hängt noch geringfügig von der Zeit der Daten- Akquirierung und damit von der Mittelungsprozedur ab.) Wir haben ein für die Salami 61 charakteristisches Maximum 64 bei τ₁ = 2.21 ns (σ₁ = 0.075 ns, n_o1 = 80000) und ein weiteres Maximum 66 für das verunreinigende Polyamid 63 gefunden: τ₂ = 3.28 ns (σ₂ = 0.14 ns, n_o2 = 27900) - damit ist eindeutig die Verunreinigung identifiziert worden. Ein drittes weniger stark ausgeprägtes Maximum 65 mit τ₃ = 2,91 ns (σ₂ = 0.27 ns, n_o2 = 20500) haben wir zwischen den zwei Abklingzeiten von Polyamid und der Salami gefunden. Dieses kommt durch die experimentellen Bedingungen zustande: Der Kunststoff und die Salami überlappen sich im Randbereich 63, was zu einer Überlagerung und Konvolution der beiden Fluoreszenzabklingzeitsignalen und dem Signal 65 führt.
In der gleichen Art und Weise wurde als weiteres Ausführungsbeispiel mit PVC verunreinigte Salami untersucht, deren Fluoreszenzabklingverhalten ebenfalls präzise mit Gaußfunktionen dargestellt werden kann; siehe 5. Man findet auch hier neben dem für die Salami 71 charakteristischen Maximum 74 bei τ_i = 2.62 ns (σ₁ = 0.12 ns, n_o1 = 172000) ein weiteres Maximum 76 für das verunreinigende PVC 73: τ₂ = 5.42 ns (σ₂ = 0.18 ns, n_o2 = 60000) - dies belegt ebenfalls wieder eindeutig die Verunreinigung. Auch hier fand sich wieder eine dritte Abklingzeit 75: τ₃ = 4,38 ns (σ₂ = 0.18 ns, n_o2 = 18600), welche durch die Überlagerung der beiden Fluoreszenzabklingzeitsignale am Rand 72 hervorgerufen wird.
Als weiteres, schwieriger zu untersuchendes Ausführungsbeispiel ist mit PET verunreinigte Salami bei 488 nm zur Fluoreszenz angeregt worden. Da hier die Fluoreszenzabklingzeiten von Salami 81 und PET 82 ähnlicher sind, findet man zwei relativ nahe beieinander liegende Maxima 83 und 84, so dass eine Verunreinigung erkannt werden kann; 6. Eine Gaußanalyse, die hier schwieriger ist, ergibt zwei Fluoreszenzabklingzeiten 83: τ₁ = 2.33 ns (σ₁ = 0.074 ns, n_o1 = 250000) und 84 τ₂ = 2.50 ns (σ₂ = 0.069 ns, n_o2 = 19501). Damit ist die Analyse auch auf spezielle Fälle anwendbar, in denen die Fluoreszenzabklingzeit der Verunreinigung ähnlicher wird.
Schließlich ist eine Salamischeibe untersucht worden, die auf der Vorderseite mit Polyamid verunreinigt war, aber von der Rückseite her hindurch optisch angeregt wurde; die optischen Verhältnisse sind dann u.a. wegen Mehrfach-Lichtstreuungen und inneren Filtereffekten erheblich komplizierter. Man findet aber auch hier ein Maximum 91, das mit einer Gaußfunktion angeglichen werden kann: τ = 2.92 ns (σ = 0.12 ns, n_o = 16950). In diesem Fall ist damit ebenfalls eine Kontamination eindeutig feststellbar, da eine Faltung der Fluoreszenzabklingzeiten von Polyamid und der Salami vorliegt, und hier kommt die höhere Eindringtiefe des anregenden Lichts zum Tragen.
Wegen der kurzen Zeitkonstante des Fluoreszenzabklingvorgangs von wenigen Nanosekunden und der der Zeit, Daten zu akquirieren - man kann hier die maximale Dauer von 10 Zeitkonstanten annehmen -, sollte die komplette Erkennung jeweils innerhalb der kurzen Zeit vom 50 bis 100 ns abgelaufen sein können. Man kommt dadurch grundsätzlich zu sehr hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten, die kaum durch das optische Detektionsverfahren begrenzt werden. Eine breiter Einsatz des Verfahrens für diverse technologische Anwendungen wird dadurch attraktiv.
Wie aus den Untersuchungen hervorgeht, können sowohl Mikroplastikverunreinigung, die durch die Umweltverschmutzung entstehen, als auch Mikroplastikverunreinigungen von Transportbehältnissen auf, unter und zwischen der Salami detektiert werden.
Daher hinaus eignet sich das Verfahren sogar generell zur Erkennung von Mikroplastik in Lebensmitteln - dies stellt ansonsten ein besonderes Problem bei Lebensmitteln dar, da hier ein zunehmender Eintrag über kontaminiert Umwelt zu erwarten steht. Wegen der kleinen Dimensionen ist Mikroplastik mit anderen Methoden erheblich schwieriger zu detektieren.
Experimenteller Teil
Ein möglicher Eintrag in verarbeitete Lebensmittel können Abriebe oder Bruchstücke aus Transportbehältern sein. Da rote Eurobehälter E2 aus HDPE zugelassene Transportbehälter in fleischverarbeitenden Betrieben sind, sollten Untersuchungen mit der Schweinesalami und der Bio-Rindersalami zeigen, ob sich Späne und Bruchstücke, auf, hinter und zwischen Salamischeiben, detektieren lassen. Die Späne und Bruchstücke waren bei den Untersuchungen auch nur an die 2 mm groß.
Weiter wurden Bruchstücke und Späne eines Euronorm E2 Behälters, welcher zum Fleischtransport in Fleischherstellungsbetrieben verwendet wird, auf und unter einer Salamischeibe, sowie zwischen zwei Salamischeiben platziert. Zur Anregung wurde ein Laser PhoxX 488-100 der Firma Omicron mit einer Wellenlänge von 488 nm und einer maximalen Bestrahlungsintensität von 100 mW verwendet. Die Fluoreszenzabklingzeiten wurden aus einer 2D Matrix 1008x1008 erhalten. Messwerte wurden mit einer pco.flim. Kamera aufgenommen. Zur Inspektion der Proben stand ein Mikroskop mit einem zwanzigfachen Vergrößerungsobjektiv der Firma Nikon zur Verfügung, an welchem auch der Laser und die Kamera befestigt waren. Die Salamiproben wurden auf einem gläsernen Objektträger mit den Kunststoffen präpariert.
Die Untersuchung der Bio-Rindersalami mit aufgelegtem Kunststoff ergabe drei Fluoreszenzabklingzeiten, siehe 10. Die erste Fluoreszenzabklingzeit 104 τ₁ = 2.465 ns (σ₁ = 0.09 ns, n_o1 = 45900) ist das charakteristische Maximum der Bio-Rindersalami 101. Die zweite ist eine konvolutionierte Fluoreszenzabklingzeit 105, die sich im Überlappungsbereich 102 zwischen dem Kunststoff und der Salami einstellt: τ₂ = 2.8 ns (σ₂ = 0.14 ns, n_o2 = 58000). Für den Kunststoff 106 des roten Eurobehälters HDPE ist die letzte Fluoreszenzabklingzeit 103: τ₃ = 3.84 ns (σ₃ = 0.10 ns, n_o3 = 18000) charakteristisch. Die schwache Ausprägung dieser Abklingzeit des Kunststoffes liegt an der geringen Größe, die der Kunststoff in der 1008x1008 Matrix einnimmt, denn dort ist überwiegend die Salami vorhanden. Die Untersuchungen mit der durchstrahlten Salami zeigen ähnliche Ergebnisse, wobei hier das für die Salami charakteristische Maximum fehlt; siehe 11. Allerdings wurde eine Mischabklingzeit 113 aus Kunststoff 112 und Rindersalami 111 gemessen: τ₁ = 2.91 ns (σ_i = 0.12 ns, n_o1 = 77600). Darüber hinaus konnte auch wieder ein für den Kunststoff 112 charakteristisches Maximum 114 festgestellt werden: τ₂ = 3.72 ns (σ₂ = 0.13 ns, n_o2 = 31500). Als abschließende Experiment in dieser Serie wurde ein Bruchstück eines Kunststoffes zwischen zwei Salamischeiben gelegt. Die Ergebnisse hier zeigen, da jetzt mehr Salami im Strahlengang vorhanden ist, eine reine Mischabklingzeit 121 von τ₁ = 3.15 ns (σ₁ = 0.12 ns, n_o1 = 37450); siehe 12. Alle drei Messungen belegen, dass der Kunststoff sowohl auf, als auch unter und zwischen Salamischeiben detektiert werden kann.
Zur Ausdehnung des Verfahrens wurden die gleichen Untersuchungen mit einer Schweinesalami durchgeführt. Der Kunststoff konnte dabei sehr einfach auf der Salami detektiert werden; siehe 13. Dabei ergeben sich, wie schon bei der Rindersalami, drei Fluoreszenzabklingzeiten, wobei das erste das charakteristische Maximum 134, das der Schweinesalami 131 ist: τ₁ = 2.36 ns (σ₁ = 0.19 ns, n_o1 = 56000). Das nächste spiegelt die Mischabklingzeit 135, die sich aus der Konvolution der Fluoreszenzsignale 133 des Kunststoffes und der Salami zusammensetzt: τ₂ = 3.2 ns (σ₂ = 0.40 ns, n_o2 = 14200). Die dritte Fluoreszenzabklingzeit 136 ist die für den Kunststoff 133 charakteristische mit: τ₃= 4.03 ns (σ₃= 0.08 ns, n_o3= 20000). Die Untersuchung der rückseitigen Verunreinigung der Salami zeigt zwei dicht beieinander liegende Maxima 143 und 144, die eindeutig voneinander unterschieden werden können, obwohl sie so nahe beieinander liegen; siehe 14. Dabei ist das linke Maximum 143 charakteristisch für die Salami 141: τ₁= 2.44 ns (σ₁ = 0.14 ns, n_o1 = 43100) und das rechte Maximum 144 stellt die Mischabklingzeit aus dem Fluoreszenzsignal der Salami 141 und dem des Kunststoffes 142 dar: τ₂ = 2.73 ns (σ₂ = 0.065 ns, n_o2 = 21000). Als letztes wurde wie schon bei der Rindersalami ein Bruchstück des Kunststoffes zwischen zwei Salamischeiben gelegt; siehe 15. Das Ergebnis ist zwar etwas verblüffend, allerdings kann der Kunststoff zwischen den Scheiben einfacher detektiert werden als rückseitig angebracht auf nur einer Scheibe: es kommt wegen der zweiten Scheibe eine weitere Reflexionsfläche hinzu, die mehr Fluoreszenzlicht auf den Matrixdetektor zurückwirft. Es können drei Fluoreszenzabklingzeiten ermittelt werden. Die Abklingzeit-Konstante 154, die für die Salami 151 charakteristisch ist: τ₁ = 2.485 ns (σ₁ = 0.19 ns, n_o1 = 56000), eine weitere, konvolutionierte Mischabklingzeit 155 aus der Überlappung der Abklingzeiten 152 des Kunststoffes und der Abklingzeit der Salami: .τ₂ = 3,74 ns (σ₂ = 0.22 ns, n_o2 = 20600) und eine letzte Abklingzeit 156, die des Kunststoffes 153: τ₃ = 3.98 ns (σ₃ = 0.066 ns, n_o3 = 20000).
Als weiteres Ausführungsbeispiel wird die Integration des neuen Verfahrens zur Kontrolle und Detektion von Verunreinigungen in Lebensmitteln durch Kunststoffe in der Lebensmittelverarbeitung vorgestellt, insbesondere in fleischverarbeitenden Produktionslinien; siehe 16. Die Lichtquelle 161, welche ein Laser, eine Laserdiode, eine LED oder ein ähnlicher strahlender Gegenstand sein kann, der die Autofluoreszenz hervorruft, emittiert das Fluoreszenzanregungslicht 163 auf das Lebensmittel 166 (hier als Wurstscheiben schematisch dargestellt) oder den Fremd-Kunststoff 165, welcher sich auf, unter oder zwischen dem Lebensmittel befindet (siehe Fall A für eine Erkennung auf dem Lebensmittel; siehe Fall B für eine Erkennung unter dem Lebensmittel; siehe Fall C für eine Erkennung zwischen Lebensmitteln). Die Lebensmittel 166 und der Fremd-Kunststoff 167 befinden bei einem In-Line Prozess auf einem Förderband 167. Die dadurch hervorgerufene Autofluoreszenzsignal des Lebensmittels 166 oder des Kunststoffes 165 strahlt zurück 164 auf eine Detektionseinheit 166, welches eine Kamera, eine Photodiode, oder ähnliches sein kann, was Lichtsignale, insbesondere Fluoreszenzsignale, Phasenverschiebungen oder Modulationsveränderungen messen kann, die zur Berechnung der Fluoreszenzabklingzeit-Konstante benötigt werden. Der gezeigte Auswertealgorithmus für die gemessenen Daten wird von der im Hintergrund arbeitenden Rechnereinheit durchgeführt, die darüber hinaus für die zeitliche Synchronisation zwischen Lichtquelle 161 und Detektionseinheit 166 sorgt.
Gegenstand der Erfindung

1. Detektion von Plastik-Verunreinigungen, insbesondere Polyamid, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polystyrol, Polypropylen, ABS- Kunststoffe, in Lebensmitteln unter Verwendung der Fluoreszenzabklingzeit der Autofluoreszenz und deren charakteristische Abklingzeit-Konstante.
2. 2. Detektion von Plastik-Verunreinigungen, insbesondere Polyamid, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polystyrol, Polypropylen, ABS-Kunststoffen, in Fleischprodukten, bevorzugt Wurst, am meisten bevorzugt Salami unter Verwendung der Fluoreszenzabklingzeit der Autofluoreszenz und deren charakteristische Abklingzeit-Konstante. Bevorzugtes Fleisch für Fleischprodukte ist Schweinefleisch, Rindfleisch, Schaffleisch, Ziegenfleisch und auch weniger geläufiges Fleisch wie Wild - hier Wildschwein-, Reh-, Hirsch- oder Hasenfleisch oder auch Kaninchenfleisch - Antilopen- und Känguruhfleisch oder aber auch Geflügelfleisch wie Truthahn-, Hühner-, Gänse-, Enten- oder Taubenfleisch oder aber auch Fisch-Fleisch wie Fleisch von Forellen, Fellchen, Barsch, Lachs, Kabeljau, Rotbarsch, Makrele, Scholle, Heilbutt.
3. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Fluoreszenzanregung Laserlicht verwendet wird, bevorzugt Laserlicht mit einer Wellenlänge von 488 nm.
4. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Fluoreszenzanregung Laserlicht in die Vorderseite oder in die Rückseite von Proben mit offenen oder verdeckten Plastik-Verunreinigungen eingestrahlt wird, bevorzugt in die Vorderseite.
5. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Fluoreszenzanregung moduliertes Laserlicht verwendet wird und die Phasenverschiebung des Fluoreszenzsignals gemessen wird.
6. Verfahren zur Qualitätskontrolle von Lebensmittel, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Bestimmung der Lage des Maximums der Fluoreszenzabkling- Zeitkonstante.
7. Verfahren zur Qualitätskontrolle von Fleischprodukten, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Bestimmung der Lage des Maximums der Fluoreszenzabkling-Zeitkonstante.
8. Verfahren zur Qualitätskontrolle von Lebensmittel, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Auswertung der Fluoreszenzabkling-Zeitkonstanten in einem Zeigerdiagramm.
9. Verfahren zur Qualitätskontrolle von Fleischprodukten, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Auswertung der Fluoreszenzabkling-Zeitkonstanten in einem Zeigerdiagramm.
10. Vorrichtung zur Detektion von Fremd-Kunststoffen bei In-Line Prozessen in Lebensmittelfabrikationen, insbesondere bevorzugt in Fleischfabrikationen, auf, unter oder zwischen den transportierten Lebensmitteln.

Figurenliste

1. Fluoreszenz- (rechts, Anregungswellenlänge 295 nm) und Fluoreszenzanregungsspektrum (links, Fluoreszenz bei 333 nm).von handelsüblicher Salami aus Schweine- und Rindfleisch, naturbelassen („Bioprodukt“).
2. Fluoreszenzabklingverhalten von Putensalami nach Anregung bei 488 nm; durchgezogene dicke Kurve: Messwerte, dünne gestrichelte Kurve: simulierter Verlauf auf der Basis einer Gaußanalyse. Anzahl der Photomultiplier counts n, als Funktion der Zeit t in ns. Einschub: gespreizter Bereich zwischen 1 und 3 ns.
3. Fluoreszenzabklingzeitverhalten von Schweinesalami nach Anregung bei 488 nm; durchgezogene dicke Kurve: Messwerte, dünne gestrichelte Kurve: simulierter Verlauf auf der Basis einer Gaußanalyse (nahezu vollständig vom experimentellen Verlauf überdeckt).
4. Fluoreszenzabklingzeitverhalten von Bio-Rindersalami nach Anregung bei 488 nm; durchgezogene dicke Kurve: Messwerte, dünne gestrichelte Kurve: simulierter Verlauf auf der Basis einer Gaußanalyse (nahezu vollständig vom experimentellen Verlauf überdeckt).
5. Änderung der Fluoreszenzabkling-Zeitkonstante τ der Putensalami als Funktion der Bestrahlungs-Dosis (Punkte) und Annäherung mit einer Exponentialfunktion (erster Ordnung) als durchgezogene Kurve. Einschub: lineare Auswertung nach erster Ordnung; Steigung 0.788, Korrelationskoeffizient 0.995 bei 5 Messwerten).
6. Fluoreszenzabklingverhalten von Putensalami verunreinigt mit Polyamid (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf auf der Basis einer Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
7. Fluoreszenzabklingverhalten von Putensalami verunreinigt mit PVC (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf auf der Basis einer Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
8. Fluoreszenzabklingverhalten von Putensalami verunreinigt mit PET (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf auf der Basis einer Gaußanalyse (fast vollständig vom experimentellen Verlauf überdeckt).
9. Fluoreszenzabklingverhalten von Putensalami rückseitig verunreinigt mit Polyamid (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte bei Rückseitenbestrahlung; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf auf der Basis einer Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
10. Fluoreszenzabklingverhalten von Bio-Rindersalami verunreinigt mit einem rotem HDPE Span (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf der Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
11. Fluoreszenzabklingverhalten von Bio-Rindersalami rückseitig verunreinigt mit einem rotem HDPE Bruchstück (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte bei Rückseitenbestrahlung; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf der Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
12. Fluoreszenzabklingverhalten von zwei aufeinanderliegenden Bio-Rindersalamischeiben verunreinigt mit einem in der Mitte liegendem rotem HDPE Bruchstück (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte bei Rückseitenbestrahlung; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf der Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
13. Fluoreszenzabklingverhalten von Schweinesalami verunreinigt mit einem rotem HDPE Bruchstück (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte bei Rückseitenbestrahlung; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf der Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
14. Fluoreszenzabklingverhalten von Schweinesalami rückseitig verunreinigt mit einem rotem HDPE Bruchstück (Anregung bei 488 nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte bei Rückseitenbestrahlung; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf der Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
15. Fluoreszenzabklingverhalten von zwei aufeinanderliegenden Schweinesalamischeiben verunreinigt mit einem in der Mitte liegendem rotem HDPE Bruchstück (Anregung bei 488nm); durchgezogene, dicke Kurve: experimentelle Werte bei Rückseitenbestrahlung; gestrichelte, dünne Kurve: simulierter Verlauf der Gaußanalyse (ganz überwiegend vom experimentellen Verlauf überdeckt).
16. Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erkennung von Fremd-Kunststoffen auf, unter und zwischen Lebensmittelen, insbesondere Fleischprodukten, welches sich aus einer Lichtquelle zur Anregung und aus einer Detektionseinheit zur Messung des Fluoreszenzsignals zusammensetzt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Katrin Zinkant, ‚Zu wenig Kontrolleure. Foodwatch bemängelt Lebensmittelüberwachung‘, Süddeutsche Zeitung Nr. 287, Seite 16 vom 12.12.2019 [0001]

Claims

Detektion von Plastik-Verunreinigungen, insbesondere Polyamid, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polystyrol, Polypropylen, ABS- Kunststoffe, in Lebensmitteln unter Verwendung der Fluoreszenzabklingzeit der Autofluoreszenz und deren charakteristische Abklingzeit-Konstante.
Detektion von Plastik-Verunreinigungen, insbesondere Polyamid, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polystyrol, Polypropylen, ABS-Kunststoffen, in Fleischprodukten, bevorzugt Wurst, am meisten bevorzugt Salami unter Verwendung der Fluoreszenzabklingzeit der Autofluoreszenz und deren charakteristische Abklingzeit-Konstante. Bevorzugtes Fleisch für Fleischprodukte ist Schweinefleisch, Rindfleisch, Schaffleisch, Ziegenfleisch und auch weniger geläufiges Fleisch wie Wild - hier Wildschwein-, Reh-, Hirsch- oder Hasenfleisch oder auch Kaninchenfleisch - Antilopen- und Känguruhfleisch oder aber auch Geflügelfleisch wie Truthahn-, Hühner-, Gänse-, Enten- oder Taubenfleisch oder aber auch Fisch-Fleisch wie Fleisch von Forellen, Fellchen, Barsch, Lachs, Kabeljau, Rotbarsch, Makrele, Scholle, Heilbutt.
Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Fluoreszenzanregung Laserlicht verwendet wird, bevorzugt Laserlicht mit einer Wellenlänge von 488 nm.
Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Fluoreszenzanregung Laserlicht in die Vorderseite oder in die Rückseite von Proben mit offenen oder verdeckten Plastik-Verunreinigungen eingestrahlt wird, bevorzugt in die Vorderseite.
Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Fluoreszenzanregung moduliertes Laserlicht verwendet wird und die Phasenverschiebung des Fluoreszenzsignals gemessen wird.
Verfahren zur Qualitätskontrolle von Lebensmittel, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Bestimmung der Lage des Maximums der Fluoreszenzabkling - Zeitkonstante.
Verfahren zur Qualitätskontrolle von Fleischprodukten, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Bestimmung der Lage des Maximums der Fluoreszenzabkling- Zeitkonstante.
Verfahren zur Qualitätskontrolle von Lebensmittel, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Auswertung der Fluoreszenzabkling-Zeitkonstanten in einem Zeigerdiagramm.
Verfahren zur Qualitätskontrolle von Fleischprodukten, insbesondere zur Beurteilung der Einwirkung von Licht durch die Auswertung der Fluoreszenzabkling-Zeitkonstanten in einem Zeigerdiagramm.
Vorrichtung zur Detektion von Fremd-Kunststoffen bei In-Line Prozessen in Lebensmittelfabrikationen, insbesondere bevorzugt in Fleischfabrikationen, auf, unter oder zwischen den transportierten Lebensmitteln.